CN102632853A - 一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置 - Google Patents

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一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置，它包括前端盖、螺旋弹簧、控制线、控制器、第一励磁线圈、第二励磁线圈、力传感器、信号线、壳体、磁流变压缩单元、磁流变剪切单元和励磁铁心；前端盖通过螺旋弹簧与壳体相连；控制器通过控制线与第一励磁线圈、第二励磁线圈相连，通过信号线与力传感器相连；力传感器安装在壳体底部与汽车横梁之间；第二励磁线圈预置于磁流变剪切单元中，磁流变剪切单元内圈与励磁铁心相连，外圈与壳体相连；第一励磁线圈放置于壳体中；磁流变压缩单元连接于壳体底部中心位置；前端盖与前保险杠固连；它实时调节结构刚度，充分发挥磁流变弹性体剪切与压缩模式的特点，在复杂碰撞工况下，都合理吸收与管理碰撞能量。

Description

一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置
(一)技术领域
本发明涉及一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置，具体涉及一种采用新型智能材料——磁流变弹性体的汽车碰撞缓冲吸能装置及能量管理方法，它主要用于取代传统碰撞吸能盒结构，用于低速碰撞过程中的能量吸收与管理。属于汽车碰撞被动安全防护技术领域。
(二)背景技术
碰撞安全性是汽车设计领域一直以来的重要课题。汽车在发生正面低速碰撞时，主要通过车辆前部的保险杠总成来充分吸收碰撞动能和减小最大撞击力以缓和冲击。保险杠按功能可分为非吸能式和吸能式两种：1、非吸能式保险杠缓冲吸能能力较差，基本只起到装饰作用，目前仅用于部分轻型客车；2、吸能式保险杠主要通过金属材料变形或液压阻尼来吸收和耗散碰撞能量，但刚度固定，不具备自适应性。磁流变弹性体是近来出现的一种智能材料，在外加磁场作用下可以做到刚度实时可变可控。它主要有两种工作模式——剪切模式和拉压模式。目前存在的一些基于磁流变弹性体的碰撞缓冲吸能装置设计方案主要利用了它的剪切模式而忽略了拉压模式。有试验数据显示，在压缩模式下磁流变弹性体的刚度更高、变化范围更大，吸能性和控制性更好。因此，综合利用磁流变弹性体的剪切和压缩模式，并将其应用于汽车碰撞吸能盒装置中，能够自适应改变结构刚度，使碰撞过程稳定平缓，最大限度降低车辆及人员损伤。
(三)发明内容
1、发明目的：
本发明的目的是提供一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置，它是一种基于磁流变弹性体剪压联合模式且磁路可变的汽车碰撞缓冲装置。在汽车发生正面低速碰撞时，根据碰撞速度和碰撞对象的不同，自适应地调节碰撞缓冲系统的刚度，以平稳的方式吸收和管理碰撞能量，从而降低车辆及人员损伤。
2、技术方案：
本发明一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置，如图1示，该装置包括以下部件：前端盖1、螺旋弹簧2、控制线3、控制器4、第一励磁线圈5、第二励磁线圈6、力传感器7、信号线8、壳体9、磁流变压缩单元10、磁流变剪切单元11和励磁铁心12。它们之间的位置连接关系是：前端盖1通过螺旋弹簧2与壳体9相连；控制器4通过控制线3与第一励磁线圈5、第二励磁线圈6相连，通过信号线8与力传感器7相连；力传感器7安装在壳体9底部与汽车横梁之间；第二励磁线圈6预置于磁流变剪切单元11中，磁流变剪切单元11内圈与励磁铁心12相连，外圈与壳体9相连；第一励磁线圈5放置于壳体9中；磁流变压缩单元10连接于壳体9底部中心位置；前端盖1与前保险杠固连。
所述前端盖1为带环形凹槽的圆柱形铝合金件，是不导磁件；
所述螺旋弹簧2为市购标准件，具体尺寸根据车型选择；
所述控制线3为普通铜芯导线，为市购件；
所述控制器4为市购件，通过编程实现信号处理与控制；
所述第一励磁线圈5为自制件，由漆包铜导线绕制；
所述第二励磁线圈6为自制件，由漆包铜导线绕制；
所述力传感器7为市购件，具体型号根据量程选择；
所述信号线8为普通铜芯导线，为市购件；
所述壳体9为自制件，形状为底部同心密封的内高外矮的双圆筒状件，材料选择合金钢或其他强度及导磁率均很高的材料；
所述磁流变压缩单元10为自制件，为实心圆柱体，材料为磁流变弹性体；
所述磁流变剪切单元11为自制件，横截面为圆环形的大小口状件，包括上下两片，中间夹着第二励磁线圈6，材料为磁流变弹性体；
所诉励磁铁心12为自制件，为实心圆柱体，材料选择合金钢或其他强度及导磁率均很高的材料。
本发明的工作原理及流程如下：当碰撞能量较小时，仅靠螺旋弹簧2变形吸收能量，控制器4不对第一励磁线圈5及第二励磁线圈6输出电流；当碰撞能量较大时，前端盖1开始接触励磁铁心12，磁流变剪切单元11配合螺旋弹簧2吸能，控制器4对第二励磁线圈6输出电流并实时控制；当碰撞能量更大时，励磁铁心12开始接触磁流变压缩单元10，磁流变剪切单元11、磁流变压缩单元10同时配合螺旋弹簧2吸能，控制器4停止对第二励磁线圈6输出电流，同时对第一励磁线圈5输出电流并实时控制。
本发明是根据力传感器7测得碰撞力信号与设定阀值的比较结果，由控制器4自适应调节并向相应励磁线圈发送控制信号，改变缓冲吸能装置的结构刚度，保证吸能过程的平稳性及减小车辆及人员损伤。
3、优点及功效：本发明一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置，其优点如下：
1.利用磁流变弹性体作为缓冲吸能元件，和磁流变液缓冲单元相比结构简单、体积小、重量轻。
2.利用了磁流变弹性体的压缩模式，吸能效率更高，控制效果更好。
3.本发明结构紧凑且尺寸适中，对现有车型改动不大，将该缓冲器替代原碰撞盒并置于前保险杠后即可，低速碰撞下可重复使用，减少了汽车维修费用。
总之，该装置能够实时调节结构刚度，充分发挥了磁流变弹性体剪切与压缩模式各自的特点，在各种复杂碰撞工况下，均可以合理吸收与管理碰撞能量。
(四)附图说明
图1是本发明一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置的结构示意图。
图2(a)是螺旋弹簧2吸能阶段的变形及磁路示意图。
图2(b)是磁流变剪切单元11配合螺旋弹簧吸能阶段的变形及磁路示意图。
图2(c)是磁流变剪切单元11、磁流变压缩单元10同时配合螺旋弹簧2吸能阶段的变形及磁路示意图。
图中符号说明如下：1-前端盖、2-螺旋弹簧、3-控制线、4-控制器、5-第一励磁线圈、6-第二励磁线圈、7-力传感器、8-信号线、9-壳体、10-磁流变压缩单元、11-磁流变剪切单元、12-励磁铁心。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步阐述：
见图1，本发明一种基于磁流变弹性体的汽车碰撞缓冲吸能装置，该装置主要包括：前端盖1、螺旋弹簧2、控制线3、控制器4、第一励磁线圈5、第二励磁线圈6、力传感器7、信号线8、壳体9、磁流变压缩单元10、磁流变剪切单元11、励磁铁心12。它们之间的位置连接关系是：前端盖1通过螺旋弹簧2与壳体9相连；控制器4通过控制线3与第一励磁线圈5、第二励磁线圈6相连，通过信号线8与力传感器7相连，力传感器7安装在壳体9底部与汽车横梁之间；第一励磁线圈5预置于磁流变剪切单元11中，磁流变剪切单元11内圈与励磁铁心12相连，外圈与壳体9相连；第二励磁线圈6放置于壳体9中；磁流变压缩单元10粘接于壳体9底部中心位置；前端盖1与前保险杠固连。
所述前端盖1为带环形凹槽的圆柱形铝合金件，为不导磁件；
所述螺旋弹簧2为市购标准件，具体尺寸根据车型选择；
所述控制线3为普通铜芯导线，为市购件；
所述控制器4为市购件，通过编程实现信号处理与控制；
所述第一励磁线圈5为自制件，由漆包铜导线绕制；
所述第二励磁线圈6为自制件，由漆包铜导线绕制；
所述力传感器7为市购件，具体型号根据量程选择；
所述信号线8为普通铜芯导线，为市购件；
所述壳体9为自制件，形状为底部同心密封的内高外矮的双圆筒状件，材料选择合金钢或其他强度及导磁率均很高的材料；
所述磁流变压缩单元10为自制件，为实心圆柱体，材料为磁流变弹性体；
所述磁流变剪切单元11为自制件，横截面为圆环形的大小口状件，包括上下两片，中间夹着第二励磁线圈6，材料为磁流变弹性体；
所诉励磁铁心12为自制件，为实心圆柱体，材料选择合金钢或其他强度及导磁率均很高的材料。
如图1、图2(a)、(b)、(c)所示，本发明所涉及的汽车碰撞缓冲吸能器安装于汽车前保险杠与汽车横梁之间，在汽车发生低速碰撞时配合保险杠吸收和耗散碰撞能量。当碰撞能量较小时，仅靠螺旋弹簧2变形吸收能量，控制器4不对第一励磁线圈5及第二励磁线圈6输出电流；当碰撞能量较大时，前端盖1开始接触励磁铁心12，磁流变剪切单元11配合螺旋弹簧2吸能，控制器4对第二励磁线圈6输出电流并实时控制；当碰撞能量更大时，励磁铁心12开始接触磁流变压缩单元10，磁流变剪切单元11、磁流变压缩单元10同时配合螺旋弹簧2吸能，控制器4停止对第二励磁线圈6输出电流，同时对第一励磁线圈5输出电流并实时控制。
本发明根据力传感器7测得碰撞力信号与设定阀值的比较结果，由控制器4自适应调节并向相应励磁线圈发送控制信号，改变缓冲吸能装置的结构刚度，保证吸能过程的平稳性及减小车辆及人员损伤。
本发明按照设想实施特例进行了说明，但不局限于上述实例，凡是符合本发明的思路，采用相似结构及材料替换的方法所获得的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种磁路可变的磁流变弹性体碰撞缓冲吸能装置，其特征在于：该装置包括以下部件：前端盖(1)、螺旋弹簧(2)、控制线(3)、控制器(4)、第一励磁线圈(5)、第二励磁线圈(6)、力传感器(7)、信号线(8)、壳体(9)、磁流变压缩单元(10)、磁流变剪切单元(11)和励磁铁心(12)；前端盖(1)通过螺旋弹簧(2)与壳体(9)相连；控制器(4)通过控制线(3)与第一励磁线圈(5)、第二励磁线圈(6)相连，通过信号线(8)与力传感器(7)相连；力传感器(7)安装在壳体(9)底部与汽车横梁之间；第二励磁线圈(6)预置于磁流变剪切单元(11)中，磁流变剪切单元(11)内圈与励磁铁心(12相连)，外圈与壳体(9)相连；第一励磁线圈(5)放置于壳体(9)中；磁流变压缩单元(10)连接于壳体(9)底部中心位置；前端盖(1)与前保险杠固连；
所述前端盖(1)为带环形凹槽的圆柱形铝合金件，是不导磁件；
所述螺旋弹簧(2)的尺寸根据车型选择；
所述控制线(3)为普通铜芯导线；
所述控制器(4)通过编程实现信号处理与控制；
所述第一励磁线圈(5)由漆包铜导线绕制；
所述第二励磁线圈(6)由漆包铜导线绕制；
所述力传感器(7)的型号根据量程选择；
所述信号线(8)为普通铜芯导线；
所述壳体(9)的形状为底部同心密封的内高外矮的双圆筒状件，材料选择合金钢或其它强度及导磁率均很高的材料；
所述磁流变压缩单元(10)为实心圆柱体，材料为磁流变弹性体；
所述磁流变剪切单元(11)的横截面为圆环形的大小口状件，包括上下两片，中间夹着第二励磁线圈(6)，材料为磁流变弹性体；
所诉励磁铁心(12)为实心圆柱体，材料选择合金钢或其它强度及导磁率均很高的材料。
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